통신시스템(Cdma network)
- 1. Telecommunication Basics (CDMA Network) Software Engineering Lab - 김영기 책임
- 2. Remember Again !!! 1G 2G 3G 3.5G 4G WiMAX track 802.15e Wave1 802.15e Wave2 802.16e 802.16n (Mobile WiMAX) (Mobile WiMAX) WiMAX R1.5 WiMAX R2.0 CDMA-1X CDMA-1X CDMA-1X CDMA track EV-DO r0 EV-DO rA EV-DO rB UMB AMPS IS-95 A IS-95 B CDMA-1X EV-DV GSM track EDGE LTE LTE Advanced NMT GSM GPRS W-CDMA W-CDMA W-CDMA W-CDMA W-CDMA R5 R6 R7 HSPA+ R3 (HSCPA) (HSUPA) (HSPA+) Phase2 음성 통화 통화, 문자, 이메일 통화, 문자, 멀티미디어, 무선인터넷 초고속 인터넷 초고속 무선 인터넷 유,무선간 연동
- 3. CDMA Evolution IS-95A (2G) First CDMA protocol, published in May’99 14.4/9.6 kbps circuit/packet data IS-95B (2.5G) Most analog information is removed Some technical corrections New Capabilities, such as higher data rate 64 kbps packet data CDMA 2000 1X High speed data (144 kbps packet data with Mobile IP) Coding (Turbo) and Modulation (Hybrid QPSK) Enhanced Power Control Reverse link detection Forward link modulation
- 4. CDMA 2000 Roadmap with Next Generation 3G CDMA Evolution Path CDMA2000 1X 1X Enhancement DL: 153 kbps e.g., More than doubles voice capacity UL: 153 kbps VoIP 1xEV-DO 1xEV-DO EV-DO EV-DO Rel. 0 Rel. A Rel. B Enhancement DL: 2.4 Mbps DL: 3.1 Mbps DL: 9.3 Mbps DL: 14.7 Mbps e.g., DL data rates up to UL: 153 kbps UL: 1.8 Mbps UL: 5.4 Mbps UL: 5.4 Mbps 40 Mbps OFDMA Evolution Path VoIP LTE DL: 36-147 Mbps UL: 14~72 Mbps VoIP Mobile WiMAX Mobile WiMAX (802.16e) (802.16m) FFR = 1/3/1 FFR = 1/3/1 DL: 35 Mbps DL: up to 100 Mbps UL: 8.2 Mbps UL: up to 20 Mbps 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011+
- 5. CDMA Network UE Access Core Network Intelligent HLR BTS#1 BSC#1 Peripheral SCE/SMS SCF PSTN MS MSC/VLR GAN PLMN PC BTS#64 R IWF PDSN Internet PDSN MS BSC#65 BSC#12 AS DCN AAA O&A IWF : Inter Working Function PDGN : Packet Data Gateway Node Voice Path GAN : Global ATM Network R : Router Data Path HLR : Home Location Register SCE : Service Creation Environment Signaling + Traffic DCN : Data Core Network SMS : Service Management System PSDN : Packet Data Serving Node SCP : Service Control Point
- 6. CDMA 2000 Architecture SCP RAN CS SMC HLR BSC PSTN MSC/VLR PS Internet Router IP BSC Network HA MS BTS PCF FA AAA Server CDMA System = Access Network + Core Network + Packet Network Access Network : BTS-BSC-MSC 중 MSC 앞까지를 말함 Core Network : MSC 이후, 음성 Network Packet Network : Packet 망, 인터넷을 통한 망
- 7. PN Code (Pseudo random noise Code) 3 Types 기지국의 숫자는 제한적이고 정해져 있으므로 short code로 구분이 가능하지만, 단말기는 그 수가 훨씬 Walsh code : 단말이 채널을 구분 많기 때문에 서로를 구분하기 위해서는 더 연장된 long code가 필요하다. Long code : 기지국이 단말을 구분 Short code : 단말이 기지국을 구분 짧은 코드는 기지국에서 사용하는 215 길이를 가지는 PN 코드이다. 만일 기지국 마다 다른 PN 코드를 사용하면, 이동국이 기지국의 PN 코드를 일일이 재생하거나 모두 기억하기가 곤란하므로, 이동국이 기지국에 쉽게 접근할 수 있도록 하기 위하여 기지국에 사용하는 PN 코드는 모두 같은 코드를 사용한다. 현재 IS-95 방식에서는 이 PN 코드를 각 기지국 마다 Walsh Code 발생하여 전송하는데, 각 기지국은 동일한 코드를 사용하지만 서로를 구별하기 위해 기지국 마다 일정한 간격으로 time shift 되어 발생시킨다. 즉 이동국에서는 각 기지국에서 오는 이 time shift 를 가지고 각각의 0000 0000 기지국을 구별한다. 이로서 이동국은 모든 위상에 대해서 한 번의 검색으로 가장 유력한 기지국과 시스템 동기를 맞출 수 있다. 00 00 0000 1111 00 0011 0011 서로 다른 코드를 곱하면(Exclusive-OR), 0 (또는 -1) 00 11 과 1 이 섞여서 나오고, 이를 모두 평균하면 0 이 0101 1010 되도록 되어 있고, 같은 코드를 곱하면 모두 1 이 0 나옴 0101 0101 코드 간에 비교하면, 같은 비트와 다른 비트의 수가 01 01 같게됨 0101 1010 01 - 동기식 CDMA(IS-95) 방식에서는 `왈쉬 코드`라고 0110 0110 부르며 비동기식 CDMA(WCDMA) 방식에서는 01 10 `채널화 코드`라고 부름 0110 1001
- 8. Call Processing – Pilot (1/2) Pilot First MS monitors Pilot channel for Initial acquisition Pilot Ch Channel estimation Detection of multi-paths for rake receiver Handoffs Sync Pilot channel is transmitted at all times by the base station. MS uses it to lock to Synch Channel to Synchronize to CDMA system time Obtain configuration parameters such as Protocol Revision (P-REV) Network Identifier (NID) Pilot PN offset long-code state Sync Ch Paging channel data rate
- 9. Call Processing (2/2) Paging MS decodes the Paging Channel with the information received from the Sync Channel. Paging channel provides Overhead messages: systems parameter, access parameter, neighbor list, channel list Mobile directed messages: page request, SMS Pilot Ch Access MS uses Access channel to originate a call or to respond to a page request Access Channel is used in a random access fashion Access Ch
- 10. Mobile Station States Power Up Call origination Synchronization or page response Initialization Idle Access Traffic State State State State Paging Loss Page response completed End of call
- 11. Mobile Originated Voice Call Flow MS BSC MSC Overhead Info Paging Ch. Origination Msg Access Ch. BS Ack Order Paging Ch. CM Service Request Null Frame Fwd Traffic Ch. SCCP Connection Cfm Channel Assign Msg Paging Ch. Preamble Rev Traffic Ch. BS Ack Order Fwd Traffic Ch. Assignment Request MS Ack Order Rev Traffic Ch. Service Connect Fwd Traffic Ch. Rev Traffic Ch. Assignment Complete
- 12. CDMA 채널 Walsh Code : 채널 구분 순방향 링크 (Forward Link) 역방향 링크 (Reverse Link) 단말기에 시간 및 위상 기준 제공 Pilot Channel 기지국을 구분하는 정보 (PN offset) 제공 기지국 초기 동기에 필요한 타이밍 정보를 제공 Sync Channel Forward Link 전체 시스템 구성 관련 정보 Paging Channel 단말기 호출 및 단말기 요구에 대한 응답 동의 정보 통화자의 음성과 데이터 송신 Traffic Channel 통화 중 빈 프레임을 이용해 신호 메시지 송수신 Access Channel 기지국과의 정보 교환 채널 (통화중 제외) Reverse Link 통화자의 음성과 데이터 송신 Traffic Channel 통화 중 기지국과의 제어 신호 송수신
- 13. CDMA 2000 Channel Mapping Logical / Physical Channel Mapping F/R-DTCH F/R-DTCH F-BTCH Logical F/R-CSCH F-CSCH F/R-DSCH (Data Service) (Voice Service) Channel Common Channel BMAC Multiplex Multiplex Sub-Layer Multiplex Sub-Layer Sub-Layer PrPDCH Control FrPDCH Control Function Function F-SYNC F-CPCCH R-ACH F/R-DCCH F-RCCH R-REQCH R-ACKCH F-PDCCCH1 F-SCH Physical F-BCCH F-EACH F-PCH F/R-FCH F-GCH R-PDCCH R-PDCH F-PDCH Channel F-CACH F/R CCCH F/R-SCH F-ACKCH F-CQICH F-PDCCH0 F/R-DSCH for Signaling F/R-DTCH for Data/Voice F-BTCH for Broadcast Mapping in Forward link and Reverse Link
- 14. IS-95 Channel 구조 순방향 채널 구조 Overhead Channel, Control Channel, Signaling Channel : 기지국으로 부터 송신 순방향 CDMA Channel (1.23 MHz) Pilot Channel Sync Channel Paging Channel 1 … Paging Channel 7 Traffic Channel 1 Traffic Channel 2 … Traffic Channel 55 W=0 W=32 W=1 W=7 W=8 W=9 W=63 * 각 Channel은 할당된 Walsh Code에 의해 구분 역방향 채널 구조 역방향 CDMA Channel (1.23 MHz) Access Channel 1 Access Channel 2 Access Channel 3 … Access Channel N Traffic Channel 1 Traffic Channel 2 … Traffic Channel N * 각 Channel은 할당된 PN코드에 의해 구분
- 15. Forward Channel 구조 (1/2) IS-95A Pilot Channel Sync Channel Paging Channel 1 … Paging Channel 7 Traffic Channel 1 … Traffic Channel N … Traffic Channel 55 Traffic PCS Data PCS Power Control Subchannel IS-95B Traffic Pilot Channel Sync Channel Paging Channel 1 … Paging Channel 7 Traffic Channel 1 … Traffic Channel N Channel … Traffic Channel … Traffic Channel 55 N+1 N+7 Fundamental Supplemental Supplemental PCS Channel Data Channel 1 Data Channel 7 Data
- 16. Forward Channel 구조 (2/2) IS-2000 SR : Spreading Rates RC : Radio Configuration 순방향 CDMA Channel (1.23 MHz) Signaling 전용 IS-95 호환 방송 전용 Common Common Power Common Paging Pilot Sync Traffic Broadcast Quick Paging Assignment Control Control Channels Channels Channels Channel Channels Channels Channels Channels Channels (SR1) IS-95 호환 Transmit Auxiliary Pilot Auxiliary Diversity Transmit Diversity Channels Pilot Channels Pilot Channel Pilot Channels IS-95 호환 Diversity 관련 채널 Dedicated Supplemental Supplemental Fundamental Power Control Control Code Channels Channels Channel Subchannel (RC 1,2) Channel (RC3,9) Signaling 전용 IS-95 호환 IS-95B 호환 최대 2개 하나의 단말기가 전용으로 사용 가능한 채널
- 17. Forward Channel Description (1/2) Channel Description 단말기로부터 전송되는 RCCCH (Reverse Common Control Channel)와 EACH F-CPCCH (Enhanced Access Channel)의 Closed Loop Power Control 전담 채널 (Forward Common Power Control Channel) 여러 개의 타임 슬롯으로 나뉘어 있으며, 단말기에 할당되는 타임 슬롯의 위치는 F- CACH를 통하여 알려준다 단말기가 Packet 데이터를 전송하기 위하여 기지국에 접속할 때 그에 대한 결과를 F-CACH 응답하는데 사용된다. 또한 이 채널은 역방향의 EACH의 예약 모드에서 R-CCCH로 (Forward Common Assignment Channel) 어떤 것을 사용할 지와 이 채널에 대한 전력제어를 수행하기 위하여 F-CPCCH의 몇 번째 슬롯을 할당할 것인지를 알려주는 역할을 한다 시스템 Overhead 메시지와 방송 메시지를 전달하는 데 사용되는 채널로서 최대 전 송 속도는 19.2 Kbps이다. BCCH IS-95에서의 Paging Channel은 시스템 Overhead 메시지와 Page 메시지 모두를 전 (Broadcast Control Channel) 송하는 반면, IS-2000에서는 시스템 Overhead 메시지는 BCCH로 전송하고 Page 메 시지는 F-CCCH로 전송할 수 있도록 하였다 기지국과 단말기 사이에 전용 Signaling 채널이 할당되기 전에, 시스템이 특정 단말 기를 지목하여 제어 메시지를 전송하는데 사용된다. F-CCCH 이 채널로 전송되는 메시지로는 Page 메시지 (General Page Message, Universal (Forward Common Control Channel) Page Message), Extended Channel Assignment Message, SMS 메시지 그리고 응답 처리 메시지 (또는 Order 메시지) 등이 있다. 단말기가 대기 상태에 있을 때 배터리 전원 소모를 줄이기 위한 방안으로 IS-2000부 QPCH 터 도입된 채널로서 특정 단말기에 대한 호출 메시지의 유무를 미리 알려주는 (Quick Paging Channel) Indicator를 전송한다.
- 18. Forward Channel Description (2/2) Channel Description Signaling 메시지를 전송하기 위한 별도의 전용 채널로서 각각의 Traffic 채널에 대하 여 한 개씩 할당되어 사용될 수 있다 F-DCCH IS-95A, B에서는 Signaling 메시지와 전력제어 정보가 Traffic 채널에 다중화되어 송 (Forward Dedicated Control Channel) 신되었으나, IS-2000에서는 이것들을 서로 분리하여 Service Option에 따라 Signaling 메시지만 전송하는 별도의 전용 채널을 사용할 수 있도록 하였다 IS-95A, B와 호환을 유지하기 위한 Traffic 채널로서 음성 데이터 및 14.4 Kbps 이하 F-FCH 의 저속 데이터와 Signaling 메시지, 전력 제어 정보 등을 다중화하여 RC (Radio (Forward Fundamental Channel) Configuration) 및 음성 부호화율에 따라 1.2Kbps~14.4Kpbs의 전송 속도로 전송한다 F-PCS 역방향 Traffic 채널에 대한 Closed Loop Power Control을 위한 채널로서 FFCH나 F- (Forward Power Control Subchannel) DCCH를 통하여 1.25msec(800bps)마다 전력제어 정보를 전송한다. IS-95B와 호환을 유지하기 위한 Traffic 채널로서 Traffic 데이터만 전송할 수 있으며 F-SCCH 동시에 7개까지 할당하여 사용할 수 있다. (Forward Supplemental Code Channel) 전송 속도는 F-FCH와 동일 IS-2000에서 추가된 Traffic 채널로서 Traffic 데이터만 전송할 수 있으며 동시에 2개 F-SCH 까지 할당하여 사용할 수 있다 (Forward Supplemental Channel) RC에 따라 다양한 전송 속도를 지원
- 19. Reverse Channel 구조 (1/2) IS-95A 역방향 CDMA Channel Access Channel 1 Access Channel 2 Access Channel 3 … Access Channel N Traffic Channel 1 Traffic Channel 2 … Traffic Channel N IS-95B Access Channel 1 Access Channel 2 Access Channel 3 … Access Channel N Traffic Channel 1 Traffic Channel 2 … Traffic Channel N Supplemental Supplemental Supplemental Channel 1 Data Channel 1 Data Channel 1 Data
- 20. Reverse Channel 구조 (2/2) IS-2000 역방향 CDMA Channel (SR1 or 3) IS-2000에서 추가된 채널 Access Traffic Channel Enhanced Access Common Control Traffic Channel Channel (RC1 or 2) Channel Channel (RC 3~6)) IS-95A 호환 Fundamental Channel Pilot Channel Pilot Channel Pilot Channel Supplemental Code Enhanced Access Common Control Dedicated Control Channel (0~7) Channel Channel Channel (0-1) Fundamental Channel (0~1) IS-95B 호환 고속 패킷 Supplemental Code SR : Spreading Rates 데이터 전송 Channel (0~2) RC : Radio Configuration Power Control Subchannel
- 21. Reverse Channel Description Channel Description ACH IS-95와 호환성 유지 (Access Channel) IS-95A, B에서와 구조 및 역할이 동일 IS-2000에서 도입 역방향 Pilot 채널과 함께 기지국으로 송신 개선 사항 EACH - 전송 속도 개선 (4.8 Kbps 9.6, 19.2, 38.4 Kbps) (Forward Common Assignment Channel) - 기지국 접속 시간 단축 - 기지국에 의한 Closed Loop Power Control 가능 - 예약 모드에 의한 R-CCCH 지정으로 패킷 데이터 전송 가능 단말기가 통화 채널이 설정되지 않은 상태에서 여러 가지 Signaling 메시지 및 EACH의 R-CCCH 예약 모드에 의한 SMS 메시지 등을 전송하는 역할을 한다. 단말기가 이 채널을 사용하 (Reverse Common Control Channel) 면 기지국은 이에 대응되는 F-CCC를 항상 할당하여야 한다. 이 채널은 EACH와 동시에 사용하지 않으므로 EACH와 동일한 Walsh Code를 사용한다. R-PICH EACH, R-CCCH, Traffic Channel(R-FCH 및 RSCH)과 함께 송신되어 기지국에서 역방향 (Reverse Pilot Channel) 신호를 IS-95보다 신속하고 정확하게 찾을 수 있도록 해준다. 순방향 전력 제어를 위한 채널로 R-PICH에 1.25 msec 마다 전력제어 정보를 삽입하여 R-PCS 순방향 전력제어가 1.25msec 단위로 수행하도록 한다. (Reverse Power Control Subchannel) IS-95에서는 20msec 프레임 단위로 역방향 Traffic Channel의 EIB (Erasure Indicator Bit)를 이용하여 순방향 전력제어를 수행한다.